Периферийный головной дисплей

Периферийный головной дисплей ( PHMD ) — это визуальный дисплей ( монокулярный или бинокулярный пользователя ), крепящийся к голове пользователя и находящийся на периферии поля зрения (FOV)/ периферического зрения . При этом фактическое положение крепления (как и технология отображения ) считается несущественным, пока оно не покрывает весь угол обзора. Хотя PHMD предоставляет дополнительный, всегда доступный канал визуального вывода, он не ограничивает пользователя, выполняющего реальные задачи. ^[1]

Термин PHMD включает в себя такие устройства, как Google Glass , которые часто ошибочно принимают за проекционный дисплей (HUD). ^[2] если следовать первоначальному определению НАСА . ^[3] Хотя НАСА определило этот термин на протяжении веков исследований космических полетов, ^[3] на самом деле оно описывает дисплей, который решает проблему отсутствия глаз, избавляя пользователя от необходимости наклонять голову вниз. Кроме того, он предоставляет дополненную информацию в переднем поле зрения пользователя (FOV), которое обычно проецируется на лобовое стекло. Напротив, проекционный дисплей (HDD) расположен на панели управления прибором. ^[3] Кроме того, HUD в основном используется для дополнения реальности дополнительной информации , что пока технически неосуществимо для таких продуктов, как Google Glass (фокусировка объектива на дисплее вызывает размытие окружающей среды – см. рисунок ниже).

Эта таксономия головных дисплеев основана на свойстве их функциональности и способности человеческого глаза воспринимать периферийную информацию , а не на технологической зависимости. В этой статье обобщаются человеческие факторы зрительного восприятия , которые важно учитывать при проектировании визуальных интерфейсов для PHMD.

Характеристики

пользователя Самая важная уникальность заключается в том, что поле зрения не покрывается полностью, что позволяет пользователю без ограничений выполнять задачи реального мира, не имея при этом претензий на повышение или создание погружения , к чему шлемы виртуальной реальности часто стремятся . В современных технологиях отображения при проецировании изображения на глаз экран должен быть сфокусирован зрачком, чтобы обеспечить четкое чтение экрана, в результате чего окружающая среда становится размытой и не в фокусе. Таким образом, PHMD, такой как Google Glass, способен отображать подробную информацию, когда зрачок фокусируется на самом дисплее, а также позволяет получать периферийную информацию , когда глаз фокусируется на реальном мире. Тем не менее, простая информация , такая как уведомления, воспринимается, если сосредоточиться на реальном мире, а не на дисплее.

Физиологические факторы: зрительное восприятие

Исследования показывают, что разработка оптимального визуального вывода для наголовных дисплеев является сложной задачей, поскольку существует несколько физиологических факторов, которые существенно влияют на восприятие пользователей . ^[4] В исследованиях известны следующие эффекты:

Глубина фокуса/поле

Постоянно переключается, перефокусируясь на объекты, находящиеся на разном расстоянии от пользователя. Дисплей, каким-либо образом прикрепленный к глазу пользователя, имеет фиксированное фокусное расстояние. Фокусировка информации, представленной на экране, приводит к изменению глубины резкости . Это вызывает размытие информации, представленной на других слоях, что особенно ухудшает восприятие информации высокой пространственной частоты, такой как текст.

Движения глаз

На самом деле выполняются под определенным углом 10 °. Чтобы сфокусировать объект под этим углом, для поддержки автоматически используются движения головы. Однако при ношении шлема с движениями глаз, превышающими этот угол, поскольку движения головы не оказывают никакого влияния на интерфейс, может произойти снижение комфорта из-за усталости глазных мышц .

Поле зрения

Описывает поле зрения. Глаз пользователя имеет угол обзора 94° от центра и 62° со стороны носа. ^[5] Вертикальный угол составляет около 60° вверх и 75° вниз. HMD часто не покрывают все поле зрения, что также является причиной роста киберболезни.

Бинокулярное соперничество

Описано явление, которое возникает, когда человеческому глазу представляются разнородные изображения. ^[6]^[7] Поскольку два изображения, захваченные каждым глазом, несовместимы для стереообработки, они борются за визуальное доминирование над изображением сбоку другого глаза, что приводит к чередованию изображений из двух глаз, при этом недоминирующее изображение почти невидимо. Этот эффект часто возникает при ношении монокулярного шлема. В этой установке исследователи ^[8] пользователя Также наблюдались объекты, которые на несколько секунд полностью исчезали из внимания .

Визуальные помехи

Описывает явление, когда оба глаза воспринимают разные изображения, которые перекрываются, но мозг не может их различить. Это явление также известно как неспособность к визуальному разделению.

Фория

Описывает мышечное состояние глаза, когда взгляд не фокусируется на определенной точке. Можно выделить три различных состояния: эзофория , экзофория , ортофория . Когда один глаз закрыт или закрыт дисплеем, может возникнуть фория, которая может вызвать головокружение и тошноту . также ^[9]

Доминирование глаз

Хотя у пользователя два глаза, преимущественно используется один глаз. Другой глаз используется для внесения поправок и предоставления дополнительной пространственной информации. Рекомендуется носить монокулярный шлем на доминирующем глазу. ^[4]

Периферийное восприятие

Хотя большинство из упомянутых выше факторов становятся проблематичными, когда оба глаза закрыты дисплеями, один дисплей, находящийся в периферийном зрении , можно считать беспроблемным, поскольку он не оказывает постоянного влияния на воспринимаемую картину реального мира.

Как упоминалось ранее, существует два типа информации, воспринимаемой с помощью периферийного головного дисплея: (1) подробная информация: при сознательном сосредоточении внимания на дисплее и (2) периферийная информация: посредством зрительного восприятия человека, когда он фокусируется на «реальном» объекте. мир'. (см. также картинку выше)

Наиболее очевидными изменениями являются « движения », которые можно воспринимать по всему спектру поля зрения. Под меньшим углом также достаточно хорошо заметно изменение цвета (см. рисунок). Напротив, восприятие форм и чтение текста требуют от ученика очень пристального внимания . Однако, когда вы очень сосредоточены на конкретной задаче, грубые изменения в формах все еще заметны на периферии. ^[10] Даже в области взаимодействия человека и компьютера проводились исследования этого зрительного «периферийного канала», такого как периферическое восприятие цвета в очках. ^[11] Кроме того, исследователи предложили дополнительно использовать айтрекер для периферийного головного дисплея, чтобы улучшить взаимодействие с пользователем. ^[5] Также были проведены исследования того, какие положения дисплея являются наиболее подходящими. ^[8] Было обнаружено, что уведомления, представленные в средней и нижней областях человеческого зрения, более заметны. Однако верхние и средние позиции менее отвлекают, более удобны и предпочтительны для пользователей. Было обнаружено, что среди всех положений среднее правое положение обеспечивает лучший баланс между заметностью, комфортом и отвлечением внимания.

В то время как большинство HMD сильно страдают от последствий бинокулярного соперничества , глубина резкости и фория у PHMD разные. Поскольку PHMD не полностью покрывает поле зрения, а также не дополняет информацию о реальных объектах, на него не влияют известные проблемы, от которых обычно страдают монокулярные HMD, такие как эффект переключения внимания между реальностью и проекцией. Подобные проблемы были выявлены на протяжении столетий исследований воздушного пространства и обычно возникают при попытках расширить реальность . ^[12] Эти потенциальные опасности при работе в критических ситуациях, например, при участии в дорожном движении, менее выражены для PHMD.

Периферийное взаимодействие

Поскольку PHMD находится на периферии поля зрения пользователя, он имеет высокую доступность и может быть быстро востребован путем его фокусировки. Более того, значительные изменения содержимого экрана в зависимости от стимулов по-прежнему заметны без фокусировки дисплея . ^[11] Этот эффект можно использовать для оформления второстепенной информации (например, такой как визуальные уведомления о входящих электронных письмах, приближающихся встречах, предупреждения). Эффективный ответ на такую воспринимаемую информацию может быть достигнут с помощью быстрого периферийного ввода , например, быстрого движения руки. Таким образом, пользователь не будет сильно отвлекаться при выполнении реальных задач. В исследованиях взаимодействия человека и компьютера это также обозначается как периферийное взаимодействие. ^[13]

Несмотря на это, еще предстоит найти подходящие способы воздействия для людей с PHMD, которые не являются социально неловкими. Отрицательные или положительные социальные эффекты от ношения PHMD и концентрации внимания на экране во время разговора могут иметь место, но еще не доказаны. Кроме того, участие в дорожном движении с концентрацией внимания на модальности зрительного ввода может привести к значительному снижению внимания к дороге (см. также Семантическая память и мультимодальное взаимодействие ). Однако по сравнению с со смартфоном взаимодействием возможен быстрый переход к реальным задачам, поскольку нет необходимости доставать устройство из кармана или сумки. Кроме того, пользователю не нужно держать PHMD в руках, что обеспечивает полное взаимодействие без помощи рук. Поскольку он всегда доступен, он может предоставить периферийную визуальную информацию в любое время, тогда как периферийная информация на смартфоне в кармане вообще не воспринимается или едва различима (например, в клубе/дискотеке, на прогулке).

Ссылки

^ Маттис, DJC, Хэшер, М., Альм, Р. и Урбан, Б. (2015). Свойства периферийного головного дисплея (phmd). На Международной конференции по взаимодействию человека и компьютера (стр. 208-213). Спрингер.
^ Старнер, Т. (2013). Проектное стекло: продолжение себя. В книге «Повсеместные вычисления», IEEE, 12(2), 14-16.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Принцель Л. и Риссер М. Проекционные дисплеи и привлечение внимания. В Техническом меморандуме НАСА , 213000. 2004 г.
^ Jump up to: ^а ^б Ларами, Р.С., и Уэр, К. (2002). Соперничество и помехи с наголовным дисплеем. В транзакциях ACM о взаимодействии компьютера и человека, 9 (3), 238–251.
^ Jump up to: ^а ^б Исигуро Ю. и Рекимото Дж. (2011). Аннотация периферийного зрения: бесинтерференционный метод представления информации для мобильной дополненной реальности. В материалах 2-й Международной конференции по дополненному человеку. АКМ, 8–11.
^ Алаис Д. и Блейк Р. (1999). Группировка зрительных особенностей во время бинокулярного соперничества. В исследовании Vision, 39(26), 4341-4353.
^ Коллинз, Дж. Ф., и Блэквелл, Л. К. (1974). Влияние доминирования глаз и расстояния до сетчатки на бинокулярное соперничество. В книге «Перцептивные и моторные навыки», 39 (2), 747–754.
^ Jump up to: ^а ^б Пели, Э. (1999). Оптометрические и перцептивные проблемы при использовании наголовных дисплеев. В «Визуальном приборостроении: принципы оптического проектирования и проектирования», 205–276.
^ Решения Z-Health Performance (2011). http://www.zhealth.net/articles/the-eyes-have-it
^ Хау Чуа, С., Перро, С., Маттис, Д., Чжао, С. (2015). Позиционирование стекла: исследование положения монокулярного оптического прозрачного наголовного дисплея.
^ Jump up to: ^а ^б Костанца Э., Инверсо С.А., Павлов Э., Аллен Р. и Мэйс П. (2006). Eye-Q: Периферийный дисплей в очках для тонких интимных уведомлений. В материалах 8-й конференции «Человеко-компьютерное взаимодействие с мобильными устройствами и сервисами». АКМ, 211–218.
^ Раш, CE, Верона, RW, и Кроули, JS (1990). Человеческий фактор и соображения безопасности полета систем ночного видения с использованием тепловизионных систем. В Международном обществе оптики и фотоники, Орландо, 16–20, 142–164.
^ Хаузен, Д. (2013). Периферийное взаимодействие – исследование пространства дизайна, докторская диссертация, факультет математики, информатики и статистики, Мюнхенский университет.

[1] Маттис, DJC, Хэшер, М., Альм, Р. и Урбан, Б. (2015). Свойства периферийного головного дисплея (phmd). На Международной конференции по взаимодействию человека и компьютера (стр. 208-213). Спрингер.

[ref13-2] Старнер, Т. (2013). Проектное стекло: продолжение себя. В книге «Повсеместные вычисления», IEEE, 12(2), 14-16.

[ref11-3] Jump up to: ^а ^б ^с Принцель Л. и Риссер М. Проекционные дисплеи и привлечение внимания. В Техническом меморандуме НАСА , 213000. 2004 г.

[ref9-4] Jump up to: ^а ^б Ларами, Р.С., и Уэр, К. (2002). Соперничество и помехи с наголовным дисплеем. В транзакциях ACM о взаимодействии компьютера и человека, 9 (3), 238–251.

[ref7-5] Jump up to: ^а ^б Исигуро Ю. и Рекимото Дж. (2011). Аннотация периферийного зрения: бесинтерференционный метод представления информации для мобильной дополненной реальности. В материалах 2-й Международной конференции по дополненному человеку. АКМ, 8–11.

[ref1-6] Алаис Д. и Блейк Р. (1999). Группировка зрительных особенностей во время бинокулярного соперничества. В исследовании Vision, 39(26), 4341-4353.

[ref2-7] Коллинз, Дж. Ф., и Блэквелл, Л. К. (1974). Влияние доминирования глаз и расстояния до сетчатки на бинокулярное соперничество. В книге «Перцептивные и моторные навыки», 39 (2), 747–754.

[ref10-8] Jump up to: ^а ^б Пели, Э. (1999). Оптометрические и перцептивные проблемы при использовании наголовных дисплеев. В «Визуальном приборостроении: принципы оптического проектирования и проектирования», 205–276.

[ref14-9] Решения Z-Health Performance (2011). http://www.zhealth.net/articles/the-eyes-have-it

[ref6-10] Хау Чуа, С., Перро, С., Маттис, Д., Чжао, С. (2015). Позиционирование стекла: исследование положения монокулярного оптического прозрачного наголовного дисплея.

[ref3-11] Jump up to: ^а ^б Костанца Э., Инверсо С.А., Павлов Э., Аллен Р. и Мэйс П. (2006). Eye-Q: Периферийный дисплей в очках для тонких интимных уведомлений. В материалах 8-й конференции «Человеко-компьютерное взаимодействие с мобильными устройствами и сервисами». АКМ, 211–218.

[ref12-12] Раш, CE, Верона, RW, и Кроули, JS (1990). Человеческий фактор и соображения безопасности полета систем ночного видения с использованием тепловизионных систем. В Международном обществе оптики и фотоники, Орландо, 16–20, 142–164.

[ref5-13] Хаузен, Д. (2013). Периферийное взаимодействие – исследование пространства дизайна, докторская диссертация, факультет математики, информатики и статистики, Мюнхенский университет.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]